Los efectos de la LSD sobre el Sistema Nervioso Central son extremamente variables y dependen de la cantidad que se consuma, el entorno en que se use la droga, la pureza de ésta, la personalidad, el estado de ánimo y las expectativas del usuario. Algunos consumidores de LSD experimentan una sensación de euforia, mientras que otros viven la experiencia en clave terrorífica. Cuando la experiencia tienen un tono general desagradable, suele hablarse de "mal viaje".
Entre los efectos recurrentes están los siguientes: contracciones uterinas, hipotermia, fiebre, niveles elevados de glucemia, erizamiento del vello, aumento de la frecuencia cardíaca, transpiración, pupilas dilatadas, ansiedad, insomnio, parestesia, euforia, hiperreflexia, temblores, sinestesia, hiperestesia, cambios en la percepción del tiempo y de la identidad, cambios en el estado de ánimo, desbloqueo de recuerdos reprimidos.
Cuando la sustancia se administra por vía oral, los efectos tardan en manifestarse entre 30 minutos y una hora y, según la dosis, pueden durar entre 8 y 10 h. Más tarde pueden darse retrospectivas o flashbacks, durante las cuales el sujeto revive determinados aspectos de la experiencia con la LSD, aun cuando no haya vuelto a consumir la droga.